基于金属纳米颗粒修饰碳纳米材料制备纳米复合物构建电化学传感器对生化小分子多组分同时检测的研究

发布时间：2017-09-03 12:18

  本文关键词：基于金属纳米颗粒修饰碳纳米材料制备纳米复合物构建电化学传感器对生化小分子多组分同时检测的研究

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【摘要】：生化小分子与人类的生命活动息息相关,由于它们参与着各种人体新陈代谢,所以可以影响身体健康。其中抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)、尿酸(UA)都共存于哺乳动物的中枢神经系统的细胞间液和血液中,AA是一种体内的抗氧化剂,DA是神经递质,UA是嘌呤代谢产物,它们在体内的浓度变化与一些疾病息息相关。灵敏地、选择性地同时检测多组分生化小分子对医学的临床诊断、神经化学、生物活动机理方面都有很重要的意义。电化学传感器具有成本低廉、容易操作、选择性高、灵敏度高和稳定性好等优点,这使得其在分析化学领域可以应用到生化小分子的检测。然而,裸电极并不能有选择性地识别生化小分子,因为许多生化小分子在裸电极上具有相似的氧化电位和重叠的氧化峰,所以实现做多组分的同时检测比较困难。因此需要在裸的玻碳电极(GCE)上修饰具有对生化小分子区分识别功能和增加电子传递的表面微结构,来构建可以对多组分生化小分子灵敏地同时检测的电化学传感器。本文着重用金属纳米颗粒修饰碳纳米材料制备纳米复合物来修饰电极构建电化学传感器,实现了对生化小分子多组分的同时检测。具体研究如下:1.基于PAMAM和Au纳米颗粒修饰碳纳米管和还原氧化石墨烯复合纳米材料同时检测多巴胺、抗坏血酸及尿酸因为生化小分子抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)和尿酸(UA)三者在裸电极上的氧化电位接近而且氧化峰有重叠,因此进行多组分同时检测比较困难。本文用聚(酰胺-胺)和金纳米颗粒功能化还原氧化石墨烯(RGO)和多壁碳纳米管(MWCNTs)形成纳米复合物(RGO-PAMAM-MWCNTs-AuNPs),利用3.5代PAMAM分子带有大量羧基所提供结合生化小分子提供质子基团不同选择性和RGO与MWCNTs复合成的碳纳米材料作为载体修饰AuNPs所具有的良好的电化学催化活性,构建电化学传感器实现了对生化小分子抗坏血酸、多巴胺和尿酸多组分同时检测的目的。rgo-pamam-mwcnts-aunps修饰的电极对aa,da和ua的氧化有很好的选择性,并且解决了三种分析物氧化电位相近重叠的问题,可以得到aa,da和ua的3个完全分开的氧化峰。此工作用扫面电子显微镜(sem)对rgo-pamam-mwcnts-aunps纳米复合物进行了形貌表征。我们还优化了一些对电化学传感器性能有影响的几个重要因素,比如复合物的比率和检测的ph条件等。在最优条件下用差分脉冲伏安法(dpv),aa,da和ua共存下的检测线性范围分别是20μmol·l~(-1)~1.8μmol·l~(-1),10μmol·l~(-1)~0.32mmol·l~(-1),和1μmol·l~(-1)~0.114mmol·l~(-1),三种待测物相对应的检测下限依次是7μmol·l~(-1),3.3μmol·l~(-1)和0.33μmol·l~(-1)(s/n=3)。2.基于氨基化pamam分子修饰铂纳米粒子在mwcnts上构建的无酶检测葡萄糖和同时检测抗坏血酸、多巴胺、尿酸的多重电化学传感器很多电化学传感器可以实现对多巴胺(da)、抗坏血酸(aa)、尿酸(ua)的多组分同时检测,还有一些可以进行葡萄糖的无酶检测,但是少有一种简单的材料构建传感器可以实现这两种目的。本文成功实现了用一个传感器既可以进行对多巴胺、抗坏血酸、尿酸的多组分同时检测,还实现在碱性条件下对葡萄糖无酶直接检测。该传感器是用聚(酰胺-胺)(pamam)将铂纳米颗粒(ptnps)固载到多壁碳纳米管(mwcnts)上形成的纳米复合物(mwcnts-pamam-ptnps)来构建的。ptnps可以催化葡萄糖等生化小分子的氧化,pamam带有的-nh2可以固载ptnps并且可以避免这些纳米颗粒的团聚,并且固载的这些金属纳米颗粒改善了pamam分子导电性差的缺点。mwcnts-pamam-ptnps修饰的电极克服了aa、da、ua电化学氧化峰重叠的问题,而且在ph13.0的磷酸盐缓冲溶液(pbs)中可以对葡萄糖进行无酶直接氧化法检测。在ph4.0的pbs中用差分脉冲伏安法(dpv),传感器在三组分共存体系中检测抗坏血酸、多巴胺和尿酸的线性范围分别为:10μmol·l~(-1)~1110μmol·l~(-1),4μmol·l~(-1)~228μmol·l~(-1)和1μmol·l~(-1)~97μmol·l~(-1),aa、da、ua的检测限依次是3.33,1.33,和0.33μmol·l~(-1)(s/n=3)。此外,用循环伏安法(cv)对葡萄糖氧化进行了考察,在0.1mol·l~(-1)pbs(ph13.0)中,传感器对葡萄糖的在-0.51v的位置检测范围0.2~23.0mmol·l~(-1),葡萄糖的检测限是0.07mmol·l~(-1)(s/n=3)。因此,此工作设计的传感器在有选择性地灵敏地检测葡萄糖的氧化和对抗坏血酸、多巴胺和尿酸进行多组分同时检测方面具有很有前景的应用价值。3.基于原位生成的铜纳米颗粒修饰的羧基化多壁碳纳米管构建同时检测抗坏血酸、多巴胺、尿酸的电化学传感器一些传统的生化小分子多组分同时检测电化学传感器多是利用贵金属纳米材料在电化学中的催化活性,但是往往都是合成制备成本较高限制了其实用前景。本工作用比较廉价的铜纳米颗粒(CuNPs)修饰酸化的多壁碳纳米管(MWCNTs)制备纳米复合物(CuNPs@MWCNTs),代替贵金属纳米颗粒修饰碳材料,用比较低廉的成本构建了抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)和尿酸(UA)多组分同时检测的电化学传感器。CuNPs@MWCNTs修饰的电极对AA,DA和UA的氧化有很好的识别区分性,达到而且有些性能超过贵金属材料制备的传感器。在pH4.0的条件下用差分脉冲伏安法(DPV)传感器在三组分共存体系中检测抗坏血酸、多巴胺和尿酸的线性范围分别为:10μmol·L~(-1)~1430μmol·L~(-1),0.3μmol·L~(-1)~48.0μmol·L~(-1),0.1μmol·L~(-1)~86.7μmol·L~(-1),AA、DA、UA的检测限依次是3.3μmol·L~(-1),0.1μmol·L~(-1),0.03μmol·L~(-1)。因此,CuNPs@MWCNTs构建的传感器提供了一个比贵金属纳米颗粒成本较为低廉的进行灵敏快速有选择性的抗坏血酸、多巴胺和尿酸多组分同时检测的装置,在生物科学、临床医学等领域有很好的应用发展前景。
【关键词】：电化学传感器 生物小分子 纳米复合物 同时检测
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.1;TP212
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 电化学传感器的概述11-12
• 1.1.1 电化学传感器的原理11
• 1.1.2 电化学生物传感器概述11
• 1.1.3 电化学生物传感器的分类11-12
• 1.1.4 化学修饰电极在电化学传感器的作用12
• 1.2 电化学方法检测生物小分子的研究概况12-13
• 1.3 金属纳米颗粒在电化学生物传感器中的应用13-14
• 1.3.1 金纳米颗粒在电化学传感器中的应用13-14
• 1.3.2 铂纳米颗粒在电化学传感器的应用14
• 1.3.3 铜纳米颗粒在电化学传感器的应用14
• 1.4 本文的创新研究思路14-17
• 第2章 基于PAMAM和Au纳米颗粒修饰碳纳米管和还原氧化石墨烯复合纳米材料构建的同时检测多巴胺、抗坏血酸及尿酸的电化学传感器17-27
• 2.1 引言17-18
• 2.2 实验方法18-19
• 2.2.1 化学药品18
• 2.2.2 RGO-PAMAM-MWCNTs-AuNPs复合纳米材料的合成18-19
• 2.2.3 传感器的构建19
• 2.3 结果与讨论19-26
• 2.3.1 SEM表征19
• 2.3.2 对于多组分小分子检测相关条件的优化19-21
• 2.3.3 不同组分的材料修饰电极对AA, DA, UA的DPV响应21-22
• 2.3.4 对不同比率的MWCNTs, RGO, PAMAM和Au NPs的考察22-23
• 2.3.5 对抗坏血酸、多巴胺和尿酸的同时检测23-26
• 2.4 结论26-27
• 第3章 基于氨基化PAMAM分子修饰铂纳米粒子在MWCNTs上构建的无酶检测葡萄糖和同时检测抗坏血酸、多巴胺、尿酸的多重电化学传感器27-35
• 3.1 引言27-28
• 3.2 实验方法28-29
• 3.2.1 化学试剂28
• 3.2.2 实验仪器28
• 3.2.3 MWCNTs-PAMAM-PtNPs纳米复合材料的制备28-29
• 3.2.4 传感器的构建29
• 3.3 结果与讨论29-34
• 3.3.1 SEM和FT-IR表征29-30
• 3.3.2 检测条件的pH优化30-31
• 3.3.3 对抗坏血酸、多巴胺和尿酸的同时检测31-33
• 3.3.4 传感器对葡萄糖的电化学催化33-34
• 3.4 结论34-35
• 第4章 基于原位生成的铜纳米颗粒修饰的羧基化多壁碳纳米管构建同时检测抗坏血酸、多巴胺、尿酸的电化学传感器35-42
• 4.1 引言35-36
• 4.2 实验部分36-37
• 4.2.1 化学试剂36
• 4.2.2 实验仪器36
• 4.2.3 CuNPs@MWCNTs纳米材料的合成36
• 4.2.4 传感器的构建36-37
• 4.3 结果与讨论37-41
• 4.3.1 纳米复合物的SEM表征37
• 4.3.2 检测条件的pH优化37-38
• 4.3.3 对抗坏血酸、多巴胺和尿酸的同时检测38-39
• 4.3.4 传感器对抗坏血酸、多巴胺和尿酸的线性考察39-41
• 4.4 结论41-42
• 参考文献42-52
• 作者部分相关论文题录52-53
• 致谢53-54

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